架空输电线路的舞动幅值分析与试验研究

针对河南尖山真型输电线路的导线舞动试验情况,采用悬垂导线单自由度模型分析了导线舞动幅值及其影响因素,以及风速、线路档距和舞动阶次对舞动幅值的影响,并结合真型输电线路的导线舞动试验基地所测数据,验证了导线舞动幅值与风速、线路档距和舞动阶次的关系.结果表明,在起舞风速与发生最大幅值舞动时的风速之间,导线舞动幅值随风速增大而近似呈线性增长,导线舞动幅值与线路档距的平方成正比,与导线舞动阶次的3次方成反比.由真型输电线路的导线舞动观测数据可得：当风速大于且持续大于7m/s时,试验线路可形成稳定的导线舞动;最大舞动幅值出现在连续大风速时,发生最大幅值舞动时的风速为10～13m/s,观测到的导线最大舞动幅值为7.4m.

输电塔线体系导线舞动过程中的振幅和张力

建立3条四分裂线路段塔线耦合体系有限元模型,利用ABAQUS有限元软件对导线舞动过程进行数值模拟,得到各档各相导线舞动过程中的振动幅值和张力变化,将数值模拟结果与现有理论简化公式和经验公式的计算结果进行比较分析。结果表明:导线舞动过程中耐张档的舞动幅值明显大于直线档的舞动幅值,并且认为理论简化公式适用于耐张档的舞动幅值估算。以往所提出的经验公式适用于直线档的舞动幅值估算,以及提出的简化公式可以用于估算导线舞动过程中动张力的变化。此外,导线舞动过程中耐张塔的应力远大于直线塔的应力,特定风速下导线和耐张塔上的最大应力超过其许用应力,可能造成断线和杆塔破坏。

基于流固耦合的大风区接触网正馈线舞动机制分析

为进一步明确挡风墙尾流影响下接触网正馈线的舞动机制,以兰新高铁接触网正馈线为研究对象,基于空气动力学理论,建立了接触网正馈线风致振动响应的分析模型。采用流固耦合方法对不同固有频率比和自由度的二维接触网正馈线模型进行了时程分析。研究结果表明:频率比和自由度对接触网正馈线的舞动幅值存在较大的影响。频率比越小,接触网正馈线的振幅受风速影响越大,接触网正馈线发生舞动时的风速范围更广。垂直单自由度系统中接触网正馈线的舞动幅值大于垂直-水平两自由度系统中接触网正馈线的舞动幅值,表明接触网正馈线的水平振动对垂直振动存在一定限制作用。当接触网正馈线在挡风墙尾流影响下发生振动时,正馈线的风攻角不断发生变化。迎风角较大时,正馈线垂直方向气动力幅值增大,更易引起正馈线垂直方向的大幅舞动,并将接触网正馈线的舞动模式归属为无覆冰条件下的Den Hartog舞动。研究结果进一步明确了大风区段无覆冰条件下接触网正馈线的舞动机制,为接触网正馈线舞动的防治提供一定的理论支撑。

超长间隔棒在治理输电线路舞动中的应用分析和计算

线路舞动,尤其是高等级电压线路舞动,一直是威胁电网安全的重要因素。2010年,衢州电力局率先采用了超长相间间隔棒对500 kV线路进行舞动防治工作,并取得了良好的成果。分析了衢州地区的线路舞动情况以及进行防舞工作的必要性,并简要地介绍了超长相间间隔棒的选取方式与安装方法。在已有的架空线路输电导线舞动仿真软件的基础上,对超长间隔棒的实际防舞效果进行了分析,定量分析了加装间隔棒后线路的舞动幅值抑制效果与力学负荷情况,为超长间隔棒的应用提供了理论依据。同时,编写了基于导线悬链线模型的含操作界面的超长相间间隔棒结构长度优化计算程序。该程序能够较为精确地计算500 kV与110 kV输电线路不同安装方式下各支相间间隔棒的结构长度,计算精度在±4%以内,有效满足了工程实际需求。

基于线长法的导线舞动在线监测计算模型

在分析目前几种输电线路舞动在线监测方法优缺点的基础上,指出在导线悬挂点串接张力传感器和角度传感器的线长法具有较强的经济性和可行性。针对架空输电线路舞动特性,以张力传感器和角度传感器所测数据为基本参量,结合线路自身参数,针对架空输电线路舞动特性,引入等效轴向张力并考虑风偏因素,建立了基于线长法的舞动监测计算模型。以湖北中山口大跨越姚双线导线舞动事故为例,现场观测数据表明了该模型的有效性。

基于北斗系统的输电线路舞动监测系统

基于北斗系统的输电线路舞动监测系统,依托北斗卫星导航系统和"电力北斗精准服务网",集成北斗高精度定位模块及配套的电源和通信系统,实现对输电线路导线监测点的精准定位,集成实时在线监测系统,通过实时状态数据的采集和分析,提前预测导线摆动的幅度,提醒工作人员及时采取有效措施,实现线路舞动实时监测与风险防控。同时通过本项目的研究,可以为公司带来相关专业技术的积淀,培养相关专业的业务人才,提高公司的技术研发能力,项目研发成果包括具体的舞动监测产品,根据前期调研,该产品在实际应用中有很大需求,在投向市场后将为公司带来客观的效益。

基于MEMS传感器的输电线舞动监测算法优化

输电线路舞动事故频繁发生,针对舞动机理优化等相关研究对舞动特征参数的需求,提出基于MEMS六轴传感器的舞动特征参数幅值、频率监测的优化算法。算法设计了六轴传感器的标定及数据预处理方法;针对关键中间参数舞动姿态的解算,取代传统Mahony滤波,优化设计了基于自适应Mahony滤波的姿态解算方法,经优化后能更迅速、准确解算姿态变化;针对舞动加速度时或频域下积分获取幅值存在的问题,优化设计出时-频域混合积分算法,同时提出舞动频率解算方法。最终实验室环境下模拟线路舞动,对幅值、频率监测优化算法进行测试,结果表明算法可正确解算舞动特征参数,且精度较高,满足国家电网相关标准误差要求,优化算法在理论的严谨性、准确性以及完备性方面较传统算法有所提高。

覆冰输电线非线性瞬时固有频率研究

为深入揭示覆冰输电线舞动所引起的非线性瞬时固有频率的变化规律,建立了四分裂覆冰输电线面内振动的非线性动力学偏微分方程,利用Galerkin方法将偏微分方程转换为常微分方程。用平均法分析了平衡点张力及舞动幅值对非线性瞬时固有频率的影响。发现舞动引起平衡点张力的变化改变了输电线的弹性系数,导致系统线性固有频率的改变;舞动幅值对高阶非线性瞬时固有频率有很大的影响;两者的作用导致固有频率的飘移,且飘移量与风速和档距相关。在防舞器动力学设计中应考虑舞动工况对固有频率的影响。